专利名称：一种基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法
技术领域：
本发明基于声学方法的海洋底质地声参数测量和反演领域，主要是一种基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法。
背景技术：
在浅海海洋声学中，由于声能量与海底、海面交互频繁，一些海底地声参数知识， 如海底密度、声速和衰减系数，在预测浅海环境下的声纳系统性能(特别是一些模基处理方法)中起着重要的作用。目前，基于声学方法的海洋底质地声参数测量和反演方法主要有两类。一类是基于平面波的反射和透射理论测量海底底质的声阻抗(密度和声速的乘积)；另一类是基于柱面波传播理论建立声传播模型，然后结合假定的海底地声参数模型， 通过匹配搜索的方法来反演地声参数，如匹配场反演方法。其中第一类方法由于声波透射到海底沉积层的透射角很难实际测量得到，早先的方法是利用垂直入射(此时，声透射角与界面法向夹角为零度)来测量海底参数。这种方法缺点是由于声波垂直入射，大部分声能量可透射到沉积层中，因而反射能量较小，需要大功率、窄指向性的发射声源，特别是当频率较低时，声源造价昂贵且体积大；另外，这种方法只能测量海底底质的声阻抗，而无法独立测量密度和声速。第二类方法目前较为常用的方法是匹配场反演，这种方法的缺点是计算量大，它往往结合模拟退火、遗传因子等非线性算法来完成环境参数的搜索；另外，为了能较准确地反演地声参数，这类方法往往需要测量多个接收距离上的声传播数据，代价较大。

发明内容
本发明的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供一种基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法。本发明解决其技术问题采用的技术方案这种基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法，包括步骤如下(1)利用垂直阵接收的声源数据估计出前4条路径到达垂直阵等效声中心处的时间tn、入射掠射角θ νη和能量&，利用到达时间tn和水中声速计算出4条声线的传播距离 rn，利用入射掠射角θ vn根据snell定律计算出声线到达海底附近处的入射掠射角θη;(2)根据平面波反射理论和snell定律，利用测得的4条路径的传播距离rn、到达海底附近处的入射掠射角θ η和能量&，建立海底反射系数方程组；(3)求解方程组获得海底密度和声速值。对于海面反射来说，假设各个方向入射到海面的反射系数都近似为-1，根据平面波反射理论、snell定律，得到以下一个方程组；
权利要求
1.一种基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法，其特征是包括步骤如下(1)利用垂直阵接收的声源数据估计出前4条路径到达垂直阵等效声中心处的时间 tn、入射掠射角θ m和能量&，利用到达时间tn和水中声速计算出4条声线的传播距离rn， 利用入射掠射角θ vn根据snell定律计算出声线到达海底附近处的入射掠射角θη;(2)根据平面波反射理论和snell定律，利用测得的4条路径的传播距离rn、到达海底附近处的入射掠射角θ η和能量&，建立海底反射系数方程组；(3)求解方程组获得海底密度和声速值。
2.根据权利要求1所述的基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法，其特征是对于海面反射来说，假设各个方向入射到海面的反射系数都近似为-1，根据平面波反射理论、snell定律，得到以下一个方程组；
全文摘要
本发明提出了一种基于多路径反射理论的海底密度和声速测量方法，它根据平面波反射理论和snell定律，利用多条路径的海底反射系数建立方程组，通过一条垂直阵和一个声源等设备测量每条路径到达时间、海底附近处反射角度和能量来求解海底反射系数方程组，最终得到海底密度和声速，其测量的海底密度和声速可用于解决浅海海底环境未知条件下的被动目标定位问题。本发明有益的效果是该方法利用声源斜入射声波，反射波能量较大，其发射声源没有大功率、窄指向性的限制，并且能独立测量海底密度和声速；虽然不能测量多层海底介质每层的地声参数，但是可以测量海底半无限空间模型下的等效密度和声速，并且该方法具有实验平台简单易行、费用低廉以及计算量小等优点。
文档编号G01S5/22GK102183435SQ201110032989
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者张宏滔, 王忠康, 祝献 申请人:中国船舶重工集团公司第七一五研究所